Система мягкой посадки космического аппарата
Обновлено: 04.10.2024
РДТТ систем аварийного спасения и мягкой посадки советских космических кораблей
"Восток". Поскольку основная опасность грозила космонавту на старте и при посадке, были приняты меры по оснащению корабля специальными системами безопасности. Особенности спасения на старте при взрыве и пожаре на РН, которые носят быстротечный характер, потребовали создания автоматики включения средств спасения. Эта автоматика в определенной последовательности вводила в действие пиротехнические средства отстрела крышки-люка корабля и включала два РДТТ, укрепленных на катапультируемом кресле с космонавтом. РДТТ обеспечивали удаление космонавта из очага пожара на расстояние в несколько сотен метров. После этого вводилась в действие парашютная система посадки.
В отличие от американского космического корабля "Джемини", где катапультируемые кресла с РДТТ использовались только как средства спасения космонавтов в аварийных случаях, на корабле "Восток" катапультирование можно было использовать и при посадке. В этом случае на высоте около 7 км сбрасывалась крышка-люк спускаемого аппарата (по сигналам от бародатчиков) и производилось катапультирование космонавта. После этого вводился в действие тормозной парашют, а затем открывался основной. Спускаемый аппарат имел и независимую парашютную систему, которая включала вытяжной и основной парашюты. ,
Из шести запусков кораблей "Восток" все прошли успешно, и посадка осуществлялась в заданном районе, что подтвердило высокую надежность РН и космического корабля, а также большую эффективность мероприятий, направленных на обеспечение безопасности полетов.
"Восход" . Этот тип корабля значительно отличался от своего прототипа - корабля "Восток". Убедившись в высокой надежности последнего, конструкторы отказались и от громоздкого и тяжелого катапультируемого кресла. Изменилась также и система посадки. Она теперь включала следующие операции: на высоте около 5 км отстреливалась крышка парашютного контейнера и вводилась в действие парашютная система, когда скорость снижения спускаемого аппарата уже уменьшилась за счет торможения в атмосфере до 220 м/с. Примерно через 6 мин корабль достигал поверхности Земли, и перед касанием с грунтом включалась тормозная двигательная установка с РДТТ, которая снижала скорость приземления практически до нуля.
Использование РДТТ мягкой посадки началось с 1964 г. при полете корабля "Восход-1".
"Союз" . Для быстрого покидания зоны пожара или взрыва, когда экипаж находится в спускаемом аппарате в режиме проверок бортовых систем, на корабле "Союз" предусмотрена специальная аварийная система покядания старта. Эта система аварийного спасения (САС) корабля "Союз" стала применяться с 1967 г., с появлением более усовершенствованного варианта трехступенчатой РН "Восток". САС может вводиться на конечном этапе предстартовой подготовки, когда обслуживающий персонал уже покинул стартовую позицию, а фермы обслуживания РН и космического корабля разведены. С помощью этой системы корабль уводится из аварийной зоны на высоту, достаточную для отделения спускаемого аппарата и введения в действие парашютной системы посадки.
Двигательная установка САС корабля "Союз" представляет собой установку из РДТТ трех типов (см. рис. на первой странице обложки). В верхней части системы расположен многосопловой РДТТ отделения САС и обтекателя, защищающего корабль от аэродинамического нагрева во время прохождения ракетой плотных слоев атмосферы. Непосредственно к обтекателю крепится основной РДТТ (тяга 750 кН, масса топливного заряда 1 т) с 12 соплами, развернутыми под углом 30, к продольной оси РН. Под обтекателем этого двигателя находятся четыре РДТТ управления, которые обеспечивают разворот и увод спускаемого аппарата и орбитального отсека корабля в сторону от опасной зоны,
В результате срабатывания САС корабль можеч подниматься на высоту до 1200 м и отбрасываться от места старта на расстояние до 3 км (в зависимости от направления ветра).
РДТТ нашли "применение в системах приземления космического корабля "Союз" (наряду с парашютной системой). Посадка спускаемого аппарата происходит так. Непосредственно у Земли, за 10 мин до посадки, отделяется уже ненужный передний теплозащитный экран, закрывающий двигатели мягкой посадки, расположенные в лобовой части спускаемого аппарата. При этом экипаж начинает готовиться к приземлению и взводится система амортизации кресел, в которых группируются космонавты. У самой Земли, на высоте около 1 м, включается шесть РДТТ мягкой посадки (тяга несколько килоньютонов, масса заряда РДТТ 9 кг, время работы доли секунды). Эти двигатели окончательно гасят скорость, с которой спускаемый аппарат снижается на парашюте (примерно 7-8 м/с), практически до 0 м/с
12 апреля 1961 года. Точка отсчета. День, когда с обаятельной улыбкой Гагарин позвал человечество в Космос. Это была его личная победа, но еще и заслуга сотен людей, оставшихся на Земле. Тот полет готовили и в Ленинграде. А потом у нас были еще десятки научных достижений, открывающих другим безопасную дорогу к звездам.
И, если уж собирать космическую биографию Ленинграда-Петербурга, то вспомнить надо и наших земляков-космонатов Георгия Гречко, Сергея Крикалева, Андрея Борисенко, и Пулковскую обсерваторию, и альма-матер Академию Можайского.
И еще один адрес на севере Петербурга. Необычная высотка, она и с виду будто всегда на старте. Впрочем, то, что скрывают эти футуристические стены еще интереснее.
Никакой ботаники, сплошная кибернетика. Речь о системе мягкой посадки спускаемых аппаратов космических кораблей, которая была разработана в 60-х в Ленинграде и получила оригинальное кодовое обозначение.
Даже для страны, которая отправила в космос первого человека это был мощный технологический прорыв. Более того, система надолго опередила свое время. Принципы, которые были взяты в основу работы прибора жизнеспособны по сей день.
В 2018 году закончен этап разработки конструкторской документации, создан опытный образец, а затем боевой экземпляр. Причем в процессе удалось достигнуть стопроцентной локализации, к чему в стране в последние годы относятся очень трепетно.
Причем создатели машины подчеркивают: робот не конкурент, а помощник человека.
Введение. А зачем это придумывают?
Жидкое топливо — дешевая вещь по сравнению с ракетой-носителем. Поэтому идея спасения отработавшей ступени для её повторного использования витала в воздухе ещё на заре ракетостроения. Однако, несмотря на множество идей и проектов, единственной серийной многоразовой первой ступенью были только твердотопливные ускорители Спейс Шаттла. Это неудивительно, потому что любая система посадки требует дополнительного веса, который очень дорог в ракетостроении.
Reusable Falcon
Парашюты
С развитием синтетических тканей парашюты становятся всё легче и потенциально привлекательней для возврата космической техники. Например, уже сейчас использующаяся в ВДВ система десантирования ПБС-950 имеет массу полезной нагрузки 13 тонн и долю средств десантирования 11,6%. То есть парашютная система с воздушными мешками для двадцатитонной ракеты уложится в 2-3 тонны! Самый заметный минус — система неуправляемая и для посадки потребуется выделение зоны отчуждения.
Крыло Рогалло
Также можно посмотреть испытания крыла с жесткими элементами и испытания крыла без жестких элементов.
Единственные цифры, которые мне удалось найти здесь, говорят, что такое крыло занимало 20% веса модели ступени. Учитывая прогресс в материаловедении, который привел к расцвету парапланеризма, можно надеяться, что управляемое крыло без жестких элементов уложилось бы в 10-15% веса ступени.
Жесткое крыло
Вертолётный подхват
При снижении ступени на парашюте эту ступень можно не ронять на землю, затрачивая дополнительный вес на системы амортизации удара, а ловить вертолётом, который затем обеспечит гарантированно мягкую посадку в нужном месте. Также можно сэкономить вес, уменьшив площадь парашютов, потому что увеличение скорости снижения не затруднит амортизацию удара. То есть можно добиться доли веса систем посадки
Научно-исследовательский институт парашютостроения ‒ единственная структура в России, которая разрабатывает все виды парашютов. Благодаря работе института в сегменте космических парашютных систем наша страна ‒ лидер на мировом рынке.
Фото: Роскосмос
В перспективе, новый космический корабль будет доставлять своих пассажиров даже к Луне. В январе этого года первый замглавы Роскосмоса Юрий Урличич на Академических чтениях по космонавтике памяти С.П. Королева сообщил, что беспилотный облет Луны планируется на 2028 год, а пилотируемый – в 2029 году.
Неземные купола: парашюты не для приземления
С самого начала космической эры в НИИ парашютостроения изучались возможности посадки космических аппаратов не только на Землю, но и на другие планеты и их спутники. Парашютные системы для примарсения или прилунения серьезно отличаются от тех, которые используются для приземления – привычные нам законы земной физики здесь не работают.
В отсутствие земной атмосферы, например на других планетах, парашютам приходится раскрываться на огромных, сверхзвуковых скоростях. Поэтому для замедления в чужеродной атмосфере нужны совсем другие конструкции. И даже по своему внешнему виду такие парашюты отличаются от своих земных собратьев. Традиционный купол парашюта когда-то был придуман неслучайно – эта форма обеспечивает наилучшее сопротивление при минимальной площади. Сверхзвук полностью меняет характер обтекания движущегося в воздухе тела. Уже по итогам первых испытаний специалисты поняли – нужно экспериментировать с формой.
Марсианские хроники: первая посадка на Красной планете
Современные технологии сегодня могут предложить множество других решений для третьего, финального этапа примарсения. К примеру, аппараты могут тормозиться сбрасываемыми двигателями или садиться в надувных шарах-амортизаторах, как американские марсоходы Spirit и Opportunity. Но сверхзвуковые парашюты по-прежнему остаются ключевым этапом посадки. И даже если Илону Маску удастся успешно посадить корабль Starship с торможением на двигателях, беспилотные аппараты еще долго будут использовать проверенную временем технологию посадки – сверхзвуковой парашют, а затем торможение двигателями на небольшой скорости.
Изобретение относится к летательным аппаратам (ЛА) и посадочным платформам, завершающим полет приземлением на поверхность планеты с использованием парашютов. Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата включает парашютный спуск до заданного расстояния от поверхности планеты, определение направления вектора горизонтальной скорости ЛА, определение угла рассогласования между базовой плоскостью ЛА и вектором его горизонтальной скорости, включение ракетных двигателей мягкой посадки при приземлении, отцепку купола парашюта после касания поверхности. На расстоянии не более 1000 м от поверхности планеты летательный аппарат разворачивают относительно купола парашюта до совмещения базовой плоскости ЛА с вектором его горизонтальной скорости при помощи привода и сохраняют это положение ЛА до момента касания поверхности планеты. Достигается мягкая посадка ЛА на поверхность планеты с минимизацией уровня посадочных перегрузок и их распределением в наиболее предпочтительной по переносимости зоне. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к летательным аппаратам (ЛА) и посадочным платформам, в т.ч. космическим, завершающим полет приземлением на поверхность планеты с использованием парашютов.
Известны способы обеспечения мягкой посадки ЛА на твердую (суша, лед) и жидкую (вода) поверхности планеты - см., например, В.И.Баженов, М.И.Осин. Посадка космических аппаратов на планеты. М.: Машиностроение, 1978, стр.5-7, 13, 40-42.
Известен также способ обеспечения мягкой посадки ЛА с определением всех компонентов его скорости относительно поверхности планеты посредством применения многолучевого радиолокационного устройства - см. B.C.Авдуевский, Г.Р.Успенский. Космическая индустрия. М.: Машиностроение, 1989, стр.520, являющийся ближайшим аналогом.
Недостатком указанного способа является непредсказуемость действия перегрузок, возникающих в момент касания летательного аппарата поверхности планеты. Отсутствие полной информации о направлении действия перегрузок накладывает жесткие требования к бортовой аппаратуре аппарата, полезной нагрузке и к экипажу (в случае пилотируемого аппарата).
Указанная цель достигается благодаря разработанному способу обеспечения мягкой посадки летательного аппарата, включающего парашютный спуск до заданного расстояния от поверхности планеты, определение направления вектора горизонтальной скорости ЛА, определение угла рассогласования между базовой плоскостью ЛА и вектором его горизонтальной скорости, включение ракетных двигателей мягкой посадки при приземлении, отцепку купола парашюта после касания поверхности, отличающемуся тем, что на расстоянии не более 1000 м от поверхности планеты летательный аппарат разворачивают относительно купола парашюта до совмещения базовой плоскости ЛА с вектором его горизонтальной скорости при помощи привода и сохраняют это положение ЛА до момента касания поверхности планеты.
При этом определение направления вектора горизонтальной скорости возможно произвести двумя способами:
- путем периодического вычитания из N-го значения измеренных плоских координат летательного аппарата (N-1) значения, а ориентацию базовой плоскости летательного аппарата определяют с момента начала парашютного спуска относительно инерциальных осей бортовой системы инерциальной навигации, жестко привязанных к осям плоских координат поверхности планеты, а периодическое определение плоских координат ЛА производят с применением спутниковой навигационной системы;
- с применением двухлучевого доплеровского измерителя скорости.
- фигура 1 - принципиальная схема мягкой парашютной посадки ЛА на примере возвращаемого пилотируемого космического аппарата (капсулы);
- фигура 2 - варианты определения направления вектора горизонтальной скорости с использованием двухлучевого доплеровского измерителя скорости;
- фигура 3 - вариант определения направления вектора горизонтальной скорости с использованием системы инерциальной спутниковой навигации ЛА;
- фигура 4 - траектория ЛА в плоских координатах поверхности планеты.
1 - летательный аппарат на примере возвращаемого пилотируемого космического аппарата (капсулы);
2 - купол парашюта;
4 - вертлюг/механический привод разворота ЛА;
5 - реактивный привод разворота ЛА;
6 - доплеровский измеритель скорости (ДИС);
8 - система инерциальной навигации (СИН);
9 - спутниковая навигационная система (СНС);
10 - антенна СНС.
Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата реализуется следующим образом (на примере возвращаемого пилотируемого космического аппарата).
На фиг.2 представлен вариант определения направления вектора горизонтальной скорости ЛА поз.1 с использованием двухлучевого доплеровского измерителя скорости (ДИС), когда ДИС поз.6 формирует пару взаимно перпендикулярных лучей через антенны поз.7 и по доплеровской разнице частот принимаемых обратных сигналов определяет ориентацию базовой плоскости относительно вектора горизонтальной скорости. Исполнительными органами здесь являются реактивные приводы поз.5. В принципе, данный вариант позволяет измерять полную посадочную скорость ЛА поз.1 (горизонтальную и вертикальную составляющие скорости снижения аппарата).
Варианты с ДИС поз.6, 7, СИН поз.8, СНС поз.9, 10 могут быть объединены на одном ЛА поз.1 с целью повышения надежности штатной реализации способа мягкой парашютной посадки.
Применение предложенного технического решения позволит получить новое качество - мягкую посадку ЛА на поверхность планеты с минимизацией уровня посадочных перегрузок и их распределением в наиболее предпочтительной по переносимости зоне. Это особенно актуально для пилотируемых возвращаемых аппаратов нового поколения, проектируемых в расчете как на профессиональных космонавтов, так и на малоподготовленных специалистов и даже космических туристов.
Предложенный способ нашел отражение в создаваемой космической технике и планируется к использованию в запланированных проектах.
1. Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата, включающий парашютный спуск до заданного расстояния от поверхности планеты, определение направления вектора горизонтальной скорости ЛА, определение угла рассогласования между базовой плоскостью ЛА и вектором его горизонтальной скорости, включение ракетных двигателей мягкой посадки при приземлении, отцепку купола парашюта после касания поверхности, отличающийся тем, что на расстоянии не более 1000 м от поверхности планеты летательный аппарат разворачивают относительно купола парашюта до совмещения базовой плоскости ЛА с вектором его горизонтальной скорости при помощи привода и сохраняют это положение ЛА до момента касания поверхности планеты.
2. Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата по п.1, отличающийся тем, что при парашютном спуске летательного аппарата определение направления вектора горизонтальной скорости производят периодически путем вычитания из N-го значения измеренных плоских координат летательного аппарата (N-1) значения, а ориентацию базовой плоскости летательного аппарата определяют с момента начала парашютного спуска относительно инерциальных осей бортовой системы инерциальной навигации, жестко привязанных к осям плоских координат поверхности планеты.
3. Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата по п.1, 2, отличающийся тем, что периодическое определение плоских координат ЛА производят с применением спутниковой навигационной системы.
4. Способ обеспечения мягкой посадки летательного аппарата по п.1, отличающийся тем, что при парашютировании ЛА определение направления вектора горизонтальной скорости относительно базовой плоскости ЛА производят с применением двухлучевого доплеровского измерителя скорости.
Читайте также: